أبحاث

جامعة سعودية تطور خلايا شمسية مطاطة من السيليكون تتمدد بنسب غير مسبوقة

طور باحثون في جامعة سعودية مرموقة، حديثًا، وسيلة تجمع بين السيليكون الصلب وبطانة بوليمرية تتسم بكفاءة عالية في تجميع الطاقة الشمسية؛ مما يساهم في مواجهة ظاهرة تغير المناخ، وتوفير فرص عمل جديدة.

وقالت جامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا (كاوست) أن «باحثون من الجامعة ابتكروا وسيلة لتحويل السيليكون الصلب إلى خلايا شمسية يمكن أن تتمدد بنسبة مئوية غير مسبوقة تبلغ 95 بالمئة، وتُحقق في الوقت ذاته كفاءة عالية في التقاط الطاقة الشمسية تبلغ 19 بالمئة».

وأضافت الجامعة -التي تتخذ من مدينة ثول على شاطئ البحر الأحمر شمال مدينة جدة مقرًا لها- إنه على الرغم من أنه يجري حاليًا اختبار عديد من المواد الشمسية الجديدة، يظل السيليكون مادة مفضلة إلى حدٍّ بعيد في مجال الكهروضوئيات.

وقالت الدكتورة نازك العَتاب؛ وهي باحثة ما بعد الدكتوراه في مختبرات الأستاذ الدكتور محمد مصطفى حسين، أستاذ الهندسة الكهربائية في كاوست والذي قاد البحث «ما زال السيليكون البلّوري الأحادي المادة الأثيرة في مجال الكهروضوئيات؛ لأن تكلفته منخفضة ولا سميته ودرجة ثباته الممتازة وارتفاع كفاءته وسهولة عمليات تصنيعه.»

جامعة سعودية تطور خلايا شمسية مطاطة من السيليكون تتمدد بنسب غير مسبوقة

عيوب السيليكون

صلابة السليكون أحد أبرز عيوبه في تطبيقات معيّنة، وخلافًا لبعض الخلايا الشمسية رقيقة الأغشية. فإن أن تصنع الخلايا الشمسية اللينة من مواد عضوية منخفضة التكلفة والكفاءة، وإما من مواد غير عضوية أكثر كفاءة لكنها مكلفة جدًا.

لكن الأستاذ الدكتور محمد مصطفى حسين وفريقه، قطعا خطوة مهمة في اتجاه التغلب على هذا القيد؛ وذلك بتطوير خلايا شمسية مطاطة عالية الكفاءة على أساس سيليكوني.

سر الابتكار

الخطوة الأساسية في هذه التقنية استخدام لوح من السيليكون الصلب المتوفر تجاريًّا، وتغطية الجزء الخلفي منه ببوليمر عالي المرونة وغير مكلّف ومتوافق حيويًا، يسمى «الإيكوفلكس». ثم استخدام شعاع الليزر لتقطيع الخلية الصلبة إلى قطع متعددة من السيليكون، تجمعها معًا البطانة البوليمرية اللينة. وتبقى كل قطعة من قطع السيليكون متصلة كهربائيًا بجاراتها عبر نقاط تماس خلفية تمتد على طول الخلية الشمسية المرنة.

وقال الأستاذ الدكتور محمد إن الفريق صنع في البداية قطع سيليكون مستطيلة الشكل، أمكن مطّها بنسبة تصل إلى ٥٤ بالمئة، وأضاف «(لكن) بعد هذه القيمة، أدى إجهاد التمدد إلى تشققات قطرية داخل قطع السيليكون الهشة». وجرب الفريق تصميمات مختلفة لزيادة المرونة بدرجة أكبر، مع مراعاة أن كل شريحة من السيليكون أزالوها كانت تقلل المساحة المتوفرة لالتقاط الضوء.

وجرب الفريق، أخيرًا، نمطًا معيَّن الشكل، قبل أن يستقر على المثلثات، وأكد الأستاذ الدكتور محمد على أنه «باستخدام النمط المثلثي، حققنا مرونةً وكفاءة قياسيتين عالميتين»، وأوضح أنه «يمكن أن تتمدّد الخلايا الشمسية التي توصلنا إليها في اتجاه واحد، بالتوازي مع شبكة نقاط التماس الخلفي المتشابكة. ونحن نعمل على تحسين القدرة على التمدد في اتجاهات متعددة.»

تغير المناخ تهديد حقيقي

يواجه العالم اليوم – وفق الوكالة الدولية للطاقة المتجددة – نقطة تحوُّل غير مسبوقة؛ إذ يمثِّل تغيُّر المناخ تهديدًا حقيقيًا للرخاء الذي يتمتّع به، ومن هنا تكتسب أبحاث الطاقة المتجددة ومنها الطاقة الشمسية أهمية كبرى، وبالإضافة إلى مساهمة تقنيات الطاقة المتجددة في الحد من تغيُّر المناخ، فهي تخلق فرص العمل وتقلل تلوث الهواء، فضلاً عن توفيرها للمياه المستهلكة في إنتاج الطاقة.

ولكن ابتكار فريق كاوست جعل الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري فعالة عند دمجها في إلكترونيات مطاطة قابلة للارتداء، أو في الجلد الصناعي للروبوتات، وذلك بدرجة فاعليتها ذاتها عند استخدامها كألواح صلبة على الأسطح. ويخطّط الفريق، حاليًا، لاستخدام مادة السيليكون الشمسية اللينة في تزويد جلد اصطناعي بالطاقة طوره مختبر الأستاذ الدكتور محمد.

– المصدر: جامعة سعودية تطور خلايا شمسية مطاطة من السيليكون تتمدد بنسب غير مسبوقة على موقع مرصد المستقبل.

مرصد المستقبل

مرصد المستقبل هي منصة علمية عالمية لاستشراف المستقبل تعمل على تغطية آخر ما توصل له العلم وقطاع التكنولوجيا باللغة العربية بشكل يومي من خلال المقالات البحثية والإنفوجرافيك والمواد المرئية. المرصد هو ناتج شراكة استراتيجية بين مؤسسة دبي للمستقبل وشركة مرصد المستقبل ذ.ذ.م. يتكون فريق العمل من خبراء ومحللين من كلتا المؤسستين لتعزيز العلم والابتكار في المنطقة.